JP2006253207A - Method of coating, method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、塗布膜形成方法及びそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a coating film forming method and a semiconductor device manufacturing method using the same.
近年の半導体装置の微細化に伴い、フォトリソグラフィー技術においては露光光源の短波長化が進められており、同時に半導体ウエハからの反射による線幅変動への影響を抑制する目的でフォトレジスト膜の下層としての有機反射防止膜(BARC: Bottom Anti-Reflective Coating)が広く採用されている。 Along with the miniaturization of semiconductor devices in recent years, the exposure light source has been shortened in the photolithography technology, and at the same time, the lower layer of the photoresist film is used to suppress the influence on the line width variation due to reflection from the semiconductor wafer. Organic anti-reflective coating (BARC: Bottom Anti-Reflective Coating) is widely used.
この有機反射防止膜は、例えばスピンコート法により形成することができる。このような有機反射防止膜と、その上層に形成されるフォトレジスト膜とは、同一のスピンコート式レジスト塗布装置を用いて連続的に形成することができる。このため、有機反射防止膜は半導体の分野において広く用いられている。 This organic antireflection film can be formed by, for example, a spin coating method. Such an organic antireflection film and the photoresist film formed thereon can be continuously formed using the same spin coat resist coating apparatus. For this reason, organic antireflection films are widely used in the field of semiconductors.
ここで、図7〜11(a),(b)を用いて、従来の有機反射防止膜を用いた被加工膜の加工方法について説明する(例えば、特許文献1参照)。
図7〜11(a),(b)は、何れも、半導体ウエハの周縁部を示す断面図であり、(a)は、現像後にレジスト膜が残る領域の断面図であり、(b)は、現像後にレジスト膜が残らない領域の断面図である。従って、現像前の状態(図7〜9)では、(a)と(b)は、同じ図になる。
Here, the processing method of the to-be-processed film | membrane using the conventional organic antireflection film is demonstrated using FIGS. 7-11 (a), (b) (for example, refer patent document 1).
FIGS. 7 to 11 (a) and (b) are cross-sectional views each showing a peripheral portion of a semiconductor wafer, (a) is a cross-sectional view of a region where a resist film remains after development, and (b) FIG. 5 is a cross-sectional view of a region where no resist film remains after development. Accordingly, (a) and (b) are the same in the state before development (FIGS. 7 to 9).
まず、半導体ウエハ1上に絶縁膜や導電層などからなる被加工膜3を形成し、その上に、スピンコート法により有機反射防止膜5を形成し、図7(a),(b)に示す構造を得る。
次に、ウエハ1のエッジ部1aにリンス液を滴下することにより、有機反射防止膜5のエッジリンスを行い、同時にウエハ1裏面に廻り込んだ有機反射防止膜5を除去するためのバックリンスを行い、図8(a),(b)に示す構造を得る。図8(a),(b)に示すように、上記処理を行うと、表面張力等の影響による膜収縮で、有機反射防止膜5には盛り上がり部7が形成される。
次に、有機反射防止膜5をベークした後、その上にスピンコート法によりフォトレジスト膜9を形成し、エッジリンスを行って、図9(a),(b)に示す構造を得る。
次に、フォトレジスト膜9の露光・現像により、フォトレジスト膜9のパターニングを行って、図10(a),(b)に示す構造を得る。上述の通り、図10(a)は、現像後にレジスト膜が残る領域の断面図であり、図10(b)は、現像後にレジスト膜が残らない領域の断面図であるので、図10(b)においてのみフォトレジスト膜9が除去される。
次に、パターニングされたフォトレジスト膜9をマスクとして用いて、被加工膜3のエッチングを行い、図11(a),(b)に示す構造を得て、被加工膜3の加工が完了する。
Next, the rinse solution is dropped on the
Next, after the
Next, the photoresist film 9 is patterned by exposure / development of the photoresist film 9 to obtain the structures shown in FIGS. As described above, FIG. 10A is a cross-sectional view of a region where the resist film remains after development, and FIG. 10B is a cross-sectional view of a region where the resist film does not remain after development. ), The photoresist film 9 is removed.
Next, the processed
この従来の方法では、図11(b)に示すように、除去されるべき有機反射防止膜の盛り上がり部7とその下に被加工膜3が部分的に残り、それが剥離してパーティクル発生の原因となり、製造歩留まりの低下を招いていた。
また、図11(a)に示すように、フォトレジスト膜9のエッジ部9aでは、下に有機反射防止膜3が存在していない場合があり、被加工膜3の加工不良を招くことがあった。このエッジ部9aにかかるショットを削減すれば上記加工不良を避けることができるが、この場合、チップの乗り数が減少する。
In this conventional method, as shown in FIG. 11 (b), the raised
Further, as shown in FIG. 11A, the
本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、塗布膜の盛り上がり部が原因で生じる不都合を抑制することができる塗布膜形成方法を提供するものである。 This invention is made | formed in view of the situation which concerns, and provides the coating film formation method which can suppress the problem which arises due to the swelling part of a coating film.
本発明の塗布膜形成方法は、半導体ウエハ上に第一塗布膜を形成し、第一塗布膜のエッジリンスを行い、エッジリンスの際に形成される第一塗布膜の盛り上がり部の高さを減少させる処理を行い、第一塗布膜上に第二塗布膜の形成を行う工程を備える。
本発明によれば、第一塗布膜の盛り上がり部の高さを減少させる処理を行うので、第一塗布膜の盛り上がり部が原因で生じる不都合を抑制することができる。
In the coating film forming method of the present invention, a first coating film is formed on a semiconductor wafer, edge rinsing of the first coating film is performed, and the height of the raised portion of the first coating film formed at the time of edge rinsing is set. The process of performing the process to reduce and forming the 2nd coating film on a 1st coating film is provided.
According to the present invention, since the process of reducing the height of the raised portion of the first coating film is performed, inconvenience caused by the raised portion of the first coating film can be suppressed.
(塗布膜形成方法)
本発明の塗布膜形成方法は、半導体ウエハ上に第一塗布膜を形成し、第一塗布膜のエッジリンスを行い、エッジリンスの際に形成される第一塗布膜の盛り上がり部の高さを減少させる処理を行い、第一塗布膜上に第二塗布膜の形成を行う工程を備える。
(Coating film forming method)
In the coating film forming method of the present invention, a first coating film is formed on a semiconductor wafer, edge rinsing of the first coating film is performed, and the height of the raised portion of the first coating film formed at the time of edge rinsing is set. The process of performing the process to reduce and forming the 2nd coating film on a 1st coating film is provided.
半導体ウエハは、SiやGaAsなど半導体装置の製造に使用される種々の半導体からなる。
第一塗布膜は、例えば有機反射防止膜であり、例えばスピンコート法により形成することができる。第一塗布膜は、通常、半導体ウエハ上に形成された絶縁膜や導電膜などの種々の被加工膜を介して形成される。
第一塗布膜のエッジリンスは、ウエハのエッジ近傍部分にリンス液を滴下することによって行うことができる。リンス液は、第一塗布膜を溶解可能な液からなり、その組成は、第一塗布膜の材料に応じて適宜選択される。
A semiconductor wafer consists of various semiconductors used for manufacture of semiconductor devices, such as Si and GaAs.
The first coating film is an organic antireflection film, for example, and can be formed by, for example, a spin coating method. The first coating film is usually formed through various processed films such as an insulating film and a conductive film formed on a semiconductor wafer.
Edge rinsing of the first coating film can be performed by dropping a rinsing liquid onto a portion near the edge of the wafer. The rinse liquid is composed of a liquid that can dissolve the first coating film, and the composition thereof is appropriately selected according to the material of the first coating film.
第一塗布膜のエッジリンスは、ウエハを回転させながら行い、前記盛り上がり部の高さを減少させる処理は、エッジリンスの際の回転数よりも、高い回転数でウエハを回転させることからなることが好ましい。ウエハをこのように高速回転させることにより、盛り上がり部のリンス液を振り切り、さらに盛り上がり部を遠心力によって引き延ばすことによって、盛り上がり部の高さを減少させることができる。前記盛り上がり部の高さを減少させる処理の際のウエハの回転数は、エッジリンスの際の回転数よりも、2〜3倍高いことが好ましい。2倍より高い回転数にすることによって高速回転による効果が効果的に得られ、3倍より低い回転数にすることによってリンス液のスピンカップからの跳ね返りや、ミストが生じることの影響による塗布膜の欠陥発生が抑制される。 Edge rinsing of the first coating film is performed while rotating the wafer, and the process of reducing the height of the raised portion consists of rotating the wafer at a higher rotational speed than the rotational speed during edge rinsing. Is preferred. By rotating the wafer in this way at high speed, the rinsing liquid in the raised portion is shaken off, and the raised portion is extended by centrifugal force, thereby reducing the height of the raised portion. The number of rotations of the wafer during the process of reducing the height of the raised portion is preferably 2 to 3 times higher than the number of rotations during edge rinsing. The effect of high-speed rotation is effectively obtained by setting the rotational speed higher than 2 times, and the coating film due to the influence of rebound of the rinse liquid from the spin cup and the occurrence of mist by setting the rotational speed lower than 3 times. Generation of defects is suppressed.
前記盛り上がり部の高さを減少させる処理は、第一塗布膜をプリベークし、その後、第一塗布膜の盛り上がり部に対して選択的にリンス液を滴下することからなってもよい。プリベークによって第一塗布膜を軽く固めておいた上で、盛り上がり部に対して選択的にリンス液を滴下することによって、盛り上がり部をリンス液に溶解させて、その高さを減少させる。 The process of reducing the height of the raised portion may consist of pre-baking the first coating film and then selectively dropping a rinse liquid onto the rising portion of the first coating film. After the first coating film is lightly hardened by pre-baking, a rinsing liquid is selectively dropped onto the swelled portion, so that the swelled portion is dissolved in the rinsing liquid and its height is reduced.
第二塗布膜は、例えばフォトレジスト膜からなり、例えば、スピンコート法により形成することができる。第二塗布膜は、そのエッジが、第一塗布膜のエッジよりも内側に位置するように形成されることが好ましい。この場合、第二塗布膜の直下に必ず第一塗布膜が存在することが保障されるからである。具体的な方法としては、第二塗布膜形成時のエッジリンスの幅を第一塗布膜形成時よりも大きくすればよい。その他の方法では、第二塗布膜がフォトレジスト膜からなる場合、エッジ露光によって第二塗布膜のエッジ位置を調節してもよい。 The second coating film is made of, for example, a photoresist film, and can be formed by, for example, a spin coating method. It is preferable that the second coating film is formed so that the edge thereof is located inside the edge of the first coating film. In this case, it is ensured that the first coating film always exists immediately below the second coating film. As a specific method, the width of the edge rinse when forming the second coating film may be made larger than that when forming the first coating film. In another method, when the second coating film is made of a photoresist film, the edge position of the second coating film may be adjusted by edge exposure.
(半導体装置の製造方法)
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体ウエハ上に被加工膜、有機反射防止膜を順次形成し、有機反射防止膜のエッジリンスを行い、エッジリンスの際に形成される有機反射防止膜の盛り上がり部の高さを減少させる処理を行い、有機反射防止膜上にフォトレジスト膜を形成し、フォトレジスト膜のパターニングを行い、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして被加工膜をエッチングする工程を備える。
(Method for manufacturing semiconductor device)
In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, a film to be processed and an organic antireflection film are sequentially formed on a semiconductor wafer, edge rinsing of the organic antireflection film is performed, and an organic antireflection film formed at the time of edge rinsing is formed. A process of reducing the height of the raised portion, forming a photoresist film on the organic antireflection film, patterning the photoresist film, and etching the film to be processed using the patterned photoresist film as a mask. Prepare.
本製造方法での「有機反射防止膜」、「フォトレジスト膜」は、それぞれ、上記塗布膜形成方法の第一塗布膜、第二塗布膜に対応する。また、本製造方法と、上記塗布膜形成方法との共通部分については説明を省略する。 The “organic antireflection film” and “photoresist film” in this production method correspond to the first coating film and the second coating film in the coating film forming method, respectively. Further, the description of the common part between the present manufacturing method and the coating film forming method is omitted.
被加工膜は、エッチングにより加工される膜であり、絶縁膜や導電膜などからなる。本製造方法は、例えば、絶縁膜に孔又は溝を形成する際や、導電膜を加工してゲート電極を形成する際に用いられる。 The film to be processed is a film processed by etching, and is made of an insulating film or a conductive film. This manufacturing method is used, for example, when a hole or a groove is formed in an insulating film, or when a conductive film is processed to form a gate electrode.
従来の方法では、有機反射防止膜の盛り上がり部が原因で、被加工膜のエッチングの際に、除去されるべき被加工膜の一部が残ることがあったが、本発明では、予め有機反射防止膜の盛り上がり部の高さを減少させる処理を行っているため、除去されるべき被加工膜を確実に除去することができる。 In the conventional method, a portion of the film to be removed may remain when the film to be processed is etched due to the bulge portion of the organic antireflection film. Since the process of reducing the height of the raised portion of the prevention film is performed, the film to be processed that should be removed can be reliably removed.
以下、図1から図6を用いて、本発明をゲート電極形成工程に適用した実施例を説明する。 Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a gate electrode forming process will be described with reference to FIGS.
図1〜6(a),(b)は、何れも、半導体ウエハの周縁部を示す断面図であり、(a)は、現像後にレジスト膜が残る領域の断面図であり、(b)は、現像後にレジスト膜が残らない領域の断面図である。従って、現像前の状態(図1〜4)では、(a)と(b)は、同じ図になる。 FIGS. 1-6 (a) and (b) are cross-sectional views each showing a peripheral portion of a semiconductor wafer, (a) is a cross-sectional view of a region where a resist film remains after development, and (b) FIG. 5 is a cross-sectional view of a region where no resist film remains after development. Therefore, in the state before development (FIGS. 1 to 4), (a) and (b) are the same figure.
まず、半導体ウエハ1上に、膜厚3nmのゲート酸化膜を介して、膜厚150nmのポリシリコン膜からなる被加工膜3を形成する。次に、得られたウエハ上に有機反射防止膜5を回転塗布によって形成し、図1(a),(b)に示す構造を得る。
First, a film to be processed 3 made of a polysilicon film having a thickness of 150 nm is formed on the
ここで使用する塗布装置は、複数のホットプレートを有する市販のスピンコータを使用できる塗布装置であればよく、さらに回転塗布後に、ウエハを回転させながらその外周部にリンス液を滴下して塗布膜の一部を除去(エッジリンス)するためのノズルを有するものが好ましく、望ましくは、ノズルが可動式であって塗布膜を除去する幅を任意に設定できる装置が好適である。例えば東京エレクトロン社製のMark7コータが挙げられる。 The coating apparatus used here may be any coating apparatus that can use a commercially available spin coater having a plurality of hot plates. Further, after spin coating, a rinse solution is dropped on the outer periphery of the wafer while rotating the wafer. A device having a nozzle for removing a part (edge rinse) is preferable. Desirably, an apparatus in which the nozzle is movable and the width for removing the coating film can be arbitrarily set is suitable. An example is a Mark7 coater manufactured by Tokyo Electron.
塗布方法としては、具体的には例えば、スピンチャックにウエハ1を吸着させた後、そのウエハ1を200〜1000rpmで回転させながら2〜4cc程度の有機反射防止膜5溶液をウエハ1の中央に滴下する。続いて、例えば1000〜6000rpmで15〜20秒程度回転させる。この時の回転数を変更することにより、得られる有機反射防止膜5の膜厚を所望の厚みに制御することが可能である。尚、有機反射防止膜5溶液としては、例えば日産化学社製のDUV32が用いられる。
Specifically, for example, after the
次に、ウエハ1のエッジ部にリンス液を滴下することにより、有機反射防止膜5のエッジリンスを行う。具体的には東京応化製のOK73シンナー等のプロピレングリコールモノメチルエーテル/プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液を含有するリンス液を用いて、回転数を2000rpmに固定して、ウエハエッジから1.5mm幅でエッジリンスを行う。同時にウエハ1裏面に廻り込んだ有機反射防止膜5を除去するためのバックリンスを行う。これにより、図2(a)、(b)に示す構造が得られる。エッジリンス工程で形成される有機反射防止膜5の盛り上がり部7の高さは、有機反射防止膜5エッジ境界から約20μm程度ウエハ中心方向で最大となり、図2に示すように正常部(盛り上がり部7よりも内側の膜厚がほぼ一定の部分)の5倍以上になることがある。
Next, the rinsing liquid is dropped on the edge portion of the
この後、5000〜6000rpmの回転数でウエハ1を60秒間回転させて、リンス液を振り切る。このステップで有機反射防止膜5の溶液の揮発が行われ、同時に高速回転での遠心力により、有機反射防止膜の盛り上がり部7は引き延ばされ、盛り上がり部7の高さは、図3に示すように正常部の1.5倍程度に抑えられる。
Thereafter, the
次に、ホットプレートを用いて200℃で60秒間ベークを行って有機反射防止膜5を硬化させる。有機反射防止膜5のベーク後の塗布膜厚は、一例では、正常部の高さが60nmであるときに、盛り上がり部7の高さは、90nmになる。
Next, the
盛り上がり部7の高さを減少させる他の方法としては、ウエハ1上に有機反射防止膜5を形成し、エッジリンスを行った後、ホットプレートにて120℃で60秒間ベークして軽く硬化させた後、盛り上がり部7に対して再度リンス液を滴下して、有機反射防止膜5のエッジ部での膜厚を減少させる方法がある。
As another method for reducing the height of the raised
本実施例および従来の塗布膜形成方法での膜厚測定結果を表1に示すが、有機反射防止膜5の盛り上がり部7の高さが正常部の約2倍以下に抑えられて良好な結果を得ている。
Table 1 shows the film thickness measurement results obtained in this example and the conventional coating film forming method. The height of the raised
次に、有機反射防止膜5上にフォトレジスト膜9を回転塗布によって形成する。尚、塗布装置および塗布方法は、前述した有機反射防止膜5を形成したものと同じにすることができる。具体的には、例えば住友化学製のPEK106A6を用いて、700nmの厚みで塗布する。続いて、ウエハエッジから2mm幅で、フォトレジスト膜9をリンス液により除去し、図4(a),(b)に示す構造を得る。本実施例では、フォトレジスト膜9の除去幅(2mm)は、有機反射防止膜5の除去幅(1.5mm)よりも大きい。従って、図4(a)(b)に示すように、フォトレジスト膜9の下層には常に有機反射防止膜5が存在していることになり、現像時や後工程でのパターン形成不良を防止することができる。
Next, a photoresist film 9 is formed on the
この時、上述した有機反射防止膜5と同様にフォトレジスト膜9のエッジ部に盛り上がり部が生じる(図示せず)が、このフォトレジスト膜9の盛り上がり部は、後述するエッジ露光及び現像によって除去されるため、問題になることはない。次に、ホットプレートで100℃の温度下、60秒間プリベークを行う。
At this time, a raised portion is formed at the edge portion of the photoresist film 9 (not shown) in the same manner as the
次に、110℃で60秒程度、回路パターンの露光とエッジ露光を行い、ベーク、現像処理を行うことによって、フォトレジスト膜9を所望のパターンにパターニングし、図5(a),(b)に示す構造を得る。なお、上述の通り、図5(a)は、現像後にレジスト膜が残る領域の断面図であり、図5(b)は、現像後にレジスト膜が残らない領域の断面図であるので、図5(b)においてのみフォトレジスト膜9が除去される。 Next, the photoresist pattern 9 is patterned into a desired pattern by performing circuit pattern exposure and edge exposure at 110 ° C. for about 60 seconds, followed by baking and development, and FIGS. 5A and 5B. The structure shown in is obtained. As described above, FIG. 5A is a cross-sectional view of a region where the resist film remains after development, and FIG. 5B is a cross-sectional view of a region where the resist film does not remain after development. Only in (b), the photoresist film 9 is removed.
ここで、露光時に、ウエハエッジに掛かる部分にショット領域が存在していてもフォトレジスト膜9の下層に必ず有機反射防止膜5が存在しているので、現像時や後工程でのパターン形成不良を防止することができる。そのため、ウエハエッジに掛かる部分のショットを削減する必要がないので、ウエハ1上に形成できるチップ乗り数を最大限確保することができる。
尚、フォトレジスト膜9のエッジ除去幅の調整は、本実施例ではエッジリンスで行ったが、これに限定されず、現像を行う前に調整すればよい。例えば、エッジリンス幅を小さく(例えば1mm)設定しておき、エッジ露光の際に、有機反射防止膜5のエッジ位置に対してフォトレジスト膜9のエッジ位置がウエハ中心方向に位置するように調整してもよい。
Here, the
Although the edge removal width of the photoresist film 9 is adjusted by edge rinsing in this embodiment, it is not limited to this and may be adjusted before development. For example, the edge rinse width is set to be small (for example, 1 mm), and the edge position of the photoresist film 9 is adjusted in the wafer center direction with respect to the edge position of the
次に、フォトレジスト膜9をマスクとして用いて、ドライエッチングにより有機反射防止膜5をエッチング除去する。具体的には例えばCl2とO2の混合ガスを用いて、有機反射防止膜5のドライエッチングを塗布膜厚の2倍程度のエッチング量で行う。この条件で行うことにより、有機反射防止膜5の盛り上がり部7においても、除去されるべき有機反射防止膜5を確実に除去することができる。その後は、例えばCl2とHBrとO2の混合ガスを用いて、被加工膜3をエッチングし、図6(a),(b)に示すようにゲート電極を形成する。
Next, the
1…半導体ウエハ
3…被加工膜
5…有機反射防止膜
7…有機反射防止膜の盛り上がり部
9…フォトレジスト膜
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記盛り上がり部の高さを減少させる処理は、エッジリンスの際の回転数よりも、高い回転数でウエハを回転させることからなる請求項1に記載の方法。 Edge rinse of the first coating film is performed while rotating the wafer,
The method according to claim 1, wherein the process of reducing the height of the raised portion includes rotating the wafer at a higher rotational speed than the rotational speed during edge rinsing.
前記盛り上がり部の高さを減少させる処理は、エッジリンスの際の回転数よりも、高い回転数でウエハを回転させることからなる請求項8に記載の方法。 Edge rinsing of the organic antireflection film is performed while rotating the wafer,
9. The method according to claim 8, wherein the process of reducing the height of the raised portion comprises rotating the wafer at a higher rotational speed than the rotational speed during edge rinsing.
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